JP2014038949A - 基板処理装置、および基板処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】処理液の消費量と処理時間とを抑制しつつ基板の周縁部の化学処理を行う。
【解決手段】基板処理装置は、基板を略水平姿勢にて回転させつつ基板の周縁部の化学処理を行うに際して、基板の周縁部に加熱用の水蒸気を噴射して当該周縁部を加熱する。また、基板の上面のうち基板の周縁部の回転軌跡で囲まれた範囲内に規定された所定の噴射目標領域に向けて基板の上方から気体を噴射することにより、噴射目標領域から基板の周縁部に向かって流れる気体流を基板上に生成させる。加熱用の水蒸気から受け取る熱によって基板の周縁部の温度低下が抑制されることによって、処理液の化学活性度の低下が抑制され、基板の処理が迅速に進む。また、基板の上面を周縁部に向けて流れる気体流を基板上に生成させることにより、水蒸気が凝縮したミストや処理液などが基板の中心側に付着しにくくなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板を回転させつつ、その基板に処理液を供給してエッチング処理などの化学処理を行う基板処理装置および基板処理方法に関する。処理の対象となる基板には、たとえば、半導体ウエハ、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板、フォトマスク用基板、太陽電池用基板などの基板が含まれる。

半導体ウエハ等の基板の一連の処理工程においては、基板の表面（「上面」）に金属やフォトレジスト等の薄膜を形成するための成膜工程を複数有しているが、この成膜工程では基板の裏面（「下面」）あるいは基板表面の周縁部にも成膜されることがある。しかしながら、一般的には基板において成膜が必要なのは基板表面の中央部の回路形成領域のみであり、基板の裏面あるいは基板表面の周縁部に成膜されてしまうと、成膜工程の後工程において、他の装置との接触により基板表面の周縁部に形成された薄膜が剥がれたりすることがあり、これが原因となって歩留まりの低下や基板処理装置自体のトラブルが起こることがある。

そこで、略水平状態に保持した基板を回転させながら基板の周縁部に予め温度調整された処理液を供給して基板表面の周縁部に形成された薄膜を除去する、いわゆるベベルエッチング処理を行う装置が提案されている。

例えば、特許文献１に記載された装置は、略水平状態に保持した基板を回転させながら、基板の下面のうち中央部分に対向する形状のノズルから基板下面にエッチング液を供給し、遠心力の作用により周縁部に広がったエッチング液を基板の上面の周縁部に回り込ませることで基板上面のうち周縁部のエッチング処理を行う。

また、特許文献２に記載された装置は、基板の上方に基板表面と対向する遮断部材を有し、基板を略水平面内にて回転させながら遮断部材の周縁部に配置されたノズルから、基板上面の周縁部に向けて処理液を供給して基板上面のうち周縁部のエッチング処理を行う。

特開２００４−６６７２号公報 特開２００８−４７６２９号公報

しかしながら、特許文献１、２の装置には、基板の回転により周縁部の温度が低下してエッチングレートが低下するために、周縁部のエッチング処理に要する処理液の量と処理時間とが増大するといった問題がある。

そしてこれは、エッチング液を用いたエッチング処理に限らず、温度によって化学活性度（化学反応性）が変化する処理液を用いて基板の化学処理を行う処理一般に生じる問題である。

本発明は、こうした問題を解決するためになされたもので、略水平状態に保持した基板を回転させながら基板の周縁部に、温度によって化学活性度が変化する処理液を供給して周縁部の化学処理（エッチング処理など）を行う装置において、処理液の消費量と処理時間とを抑制できる技術を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、第１の態様に係る基板処理装置は、温度によって化学活性度が変化する処理液を用いて基板の化学処理を行う基板処理装置であって、基板を略水平姿勢にて保持する基板保持部と、前記基板保持手段に保持された前記基板を略水平面内にて回転させる回転部と、前記基板の周縁部に加熱用の水蒸気を噴射して当該周縁部を加熱する加熱部と、前記加熱部によって加熱された前記周縁部に上方から処理液を供給して前記周縁部の化学処理を行う周縁処理部と、前記基板の上面のうち前記基板の前記周縁部の回転軌跡で囲まれた範囲内に規定された所定の噴射目標領域に向けて前記基板の上方から気体を噴射することにより、前記噴射目標領域から前記基板の前記周縁部に向かって流れる気体流を基板上に生成させる気体噴射部とを備える。

第２の態様に係る基板処理装置は、第１の態様に係る基板処理装置であって、前記基板の下面に処理液を供給して当該下面の化学処理を行う下面処理部をさらに備え、前記下面処理部は、前記回転部によって回転される前記基板の下面の略全域に対向する対向面と、前記対向面に形成された処理液吐出口とを備え、前記処理液吐出口から処理液を吐出して、当該処理液によって前記基板の下面と前記対向面との間の空間を液密状態にする。

第３の態様に係る基板処理装置は、第２の態様に係る基板処理装置であって、前記対向面は、前記周縁部に対向する部分よりも前記処理液吐出口部分の方が前記基板の下面との間隔が広くなる漏斗状の形状を有する。

第４の態様に係る基板処理装置は、第１から第３の何れか１つの態様に係る基板処理装置であって、前記加熱部と前記周縁処理部とは、前記基板の前記周縁部の回転軌跡の第１位置において前記加熱部からの前記水蒸気が前記周縁部に噴射され、前記回転軌跡に沿って前記第１位置の後方に位置する第２位置において前記周縁処理部からの前記処理液が前記周縁部に供給される位置関係で設けられている。

第５の態様に係る基板処理方法は、温度によって化学活性度が変化する処理液を用いて基板の化学処理を行う基板処理方法であって、基板を略水平姿勢に保持して略水平面内にて回転させる回転ステップと、前記回転ステップと並行して、前記基板の周縁部に加熱用の水蒸気を噴射して当該周縁部を加熱する加熱ステップと、前記加熱ステップにおいて加熱された前記周縁部に上方から処理液を供給して前記周縁部の化学処理を行う周縁処理ステップと、前記加熱ステップと前記周縁処理ステップとに並行して、前記基板の上面のうち前記基板の前記周縁部の回転軌跡で囲まれた範囲内に規定された所定の噴射目標領域に向けて前記基板の上方から気体を噴射することにより、前記噴射目標領域から前記基板の前記周縁部に向かって流れる気体流を基板上に生成させる気体噴射ステップとを備える。

本発明によれば、加熱用の水蒸気が噴射されて加熱された基板の周縁部に処理液が供給されて周縁部の化学処理が行われる。従って、回転による基板の周縁部の温度低下が抑制されるので、処理液の化学活性度の変化も小さくなり、処理液の消費量と処理時間とが抑制される。また、基板の上面のうち基板の周縁部の回転軌跡で囲まれた範囲内に規定された所定の噴射目標領域に向けて基板の上方から気体を噴射させて、当該噴射目標領域から基板の周縁部に向かって流れる気体流を基板上に生成させることにより、基板上面の非処理領域に対する水蒸気が凝縮したミストやミスト状の処理液の付着が抑制される。従って、ミストの付着による非処理領域の劣化を抑制しつつ、基板の周縁部の加熱に十分な量の水蒸気を供給することができる。

本発明によれば、回転される基板の下面の略全域に対向する対向面を備えた下面処理部の処理液吐出口から処理液が吐出されて、処理液によって基板の下面と対向面との間の空間が液密状態にされる。このため、基板を低速で回転させたとしても基板の下面全域に処理液を供給できる。これにより、基板周縁部の温度低下を抑制して周縁部の加熱に要するエネルギーを抑制しつつ、基板の周縁部と下面との化学処理を行うことが出来る。また、基板の回転速度の抑制により基板の下面から基板上面の周縁部への処理液の回り込みを抑制することができ、周縁部の処理幅の制御が容易となる。

実施形態に係る基板処理装置の概略構成の一例を模式的に示す図である。 基板の断面図の一例を示す図である。 図２の基板のエッチング処理後の断面図の一例を示す図である。 基板の表面に対するノズルユニットの配置を模式的に示す上面図である。 ノズルユニットの構成の一例を示す側面図である。 ノズルユニットの構成の一例を示す側面図である。 下ノズルによる基板の裏面処理を説明するための図である。 下ノズルによる基板の裏面処理を説明するための図である。 下ノズルによる基板の裏面処理を説明するための図である。 実施形態における基板処理の流れの一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図面では同様な構成および機能を有する部分に同じ符号が付され、下記説明では重複説明が省略される。また、各図面は模式的に示されたものであり、例えば、各図面における表示物のサイズおよび位置関係等は必ずしも正確に図示されたものではない。

＜実施形態について＞
＜１．基板処理装置の構成＞
図１は実施形態に係る基板処理装置１００の概略構成の一例を模式的に示す図である。この基板処理装置１００は、温度によって化学活性度が変化する処理液を用いて基板の化学処理を行う。具体的には、基板処理装置１００は、化学処理用の処理液としてエッチング液を用いて半導体ウエハ等の基板Ｗの表面（「上面」とも称する）Ｓ１のうち基板の周縁部（「表面周縁部」とも称する）Ｓ３のエッチング処理を行って、表面周縁部Ｓ３に形成されている薄膜（不要物）の除去を行う。表面周縁部Ｓ３は、基板Ｗの表面Ｓ１のうち基板Ｗの周端縁から、例えば、幅１．０〜３．０ｍｍの環状の領域である。また、基板処理装置１００は、エッチング処理によって、基板Ｗの裏面（「下面」とも称する）Ｓ２に形成されている薄膜の除去も行う。基板Ｗの表面形状は略円形であり、基板Ｗの表面Ｓ１とはデバイスパターンが形成されるデバイス形成面を意味している。

図２は、基板Ｗの断面図の一例を示す図である。図３は、図２に示された基板Ｗの表面周縁部Ｓ３にエッチング処理が施された後の断面図の一例を示す図である。図２に示されるように基板Ｗの中心層１１は、シリコンなどにより構成されている。中心層１１の上にシリコン窒化膜やシリコン酸化膜等の薄膜によって絶縁性の下地層１２が形成されている。下地層１２の上に、ＴｉＮ（窒化チタン）層、Ａｌ（アルミニウム）層、あるいはＷ（タングステン）層等の薄膜によって難溶性の上層１３が形成されている。図３に示されるように、基板Ｗにおいては、例えば、表面周縁部Ｓ３のうち周端縁側の幅２１の領域における上層１３がエッチング処理により除去される。なお、図３の例では、基板Ｗの裏面Ｓ２に対してもエッチング処理が行われて、裏面Ｓ２の全域における上層１３も除去されている。また、基板Ｗとして、例えば、中心層１１の上に下地層１２のみが形成された基板が採用され、当該基板の表面周縁部における下地層１２が除去されてもよい。

なお、エッチング処理に用いられるエッチング液に限らず、化学的な処理液の多くは、温度が低下するに伴って化学活性度が低下する。つまり、多くの処理液が、「温度によって化学活性度が変化する処理液」に属する。

図１に示されるように、基板処理装置１００は、表面Ｓ１を上方に向けた状態で基板Ｗを略水平姿勢に保持して回転させるスピンチャック（「基板保持部」）１１１を備えている。スピンチャック１１１は、円筒状の回転支軸１１３がモータを含むチャック回転機構（「回転部」）１５４の回転軸に連結されており、チャック回転機構１５４の駆動により回転軸ａ１（鉛直軸）回りに、すなわち略水平面内にて回転可能となっている。

回転支軸１１３の上端部には、円盤状のスピンベース１１５がネジなどの締結部品によって一体的に連結されている。したがって、装置全体を制御する制御部１５１からの動作指令に応じてチャック回転機構１５４が作動することによりスピンベース１１５が回転軸ａ１回りに回転する。また、制御部１５１はチャック回転機構１５４を制御して回転速度を調整する。制御部１５１は、例えば、ＣＰＵがメモリに記憶されたプログラムを実行することなどにより実現される。

スピンベース１１５の周縁部付近には、基板Ｗの周縁部を把持するための複数個のチャックピン１１７が立設されている。チャックピン１１７は、円形の基板Ｗを確実に保持するために３個以上設けてあればよく、スピンベース１１５の周縁部に沿って等角度間隔で配置されている。チャックピン１１７のそれぞれは、基板Ｗの周縁部を下方から支持する基板支持部と、基板支持部に支持された基板Ｗの外周端面を押圧して基板Ｗを保持する基板保持部とを備えている。各チャックピン１１７は、基板保持部が基板Ｗの外周端面を押圧する押圧状態と、基板保持部が基板Ｗの外周端面から離れる解放状態との間を切り替え可能に構成されている。

スピンベース１１５に対して基板Ｗが受渡しされる際には、複数個のチャックピン１１７を解放状態とし、基板Ｗに対してエッチング処理を行う際には、複数個のチャックピン１１７を押圧状態とする。押圧状態とすることによって、複数個のチャックピン１１７は基板Ｗの周縁部を把持してその基板Ｗをスピンベース１１５から所定間隔を隔てて略水平姿勢に保持することができる。これにより、基板Ｗはその表面（パターン形成面）Ｓ１を上方に向け、裏面Ｓ２を下方に向けた状態で支持される。なお、基板を保持する手段としてはチャックピンによるものに限らず、裏面Ｓ２を吸引して基板Ｗを支持する真空チャックを用いてもよい。

このように基板Ｗを保持したスピンチャック１１１をチャック回転機構１５４により回転駆動することで基板Ｗを所定の回転速度で回転させながら、後述する処理液供給ノズル１２６と下ノズル１４１から基板の表面Ｓ１の表面周縁部Ｓ３と裏面Ｓ２とに対し処理液をそれぞれ供給することにより、所定の化学処理（エッチング処理）が施される。

図４は、基板Ｗの表面Ｓ１に対するノズルユニット１２０の配置を模式的に示す上面図である。図示の都合上、ノズルユニット１２０等のサイズは、基板Ｗに対して実際よりも大きく表示されている。図５、図６は、ノズルユニット１２０の構成の一例を示す側面図である。

図１、図４に示されるように、スピンチャック１１１に保持された基板Ｗの側方には、モータを備えたノズル回転機構１５５が設けられており、ノズル回転機構１５５の動作は、制御部１５１により制御される。ノズル回転機構１５５には、剛性のある管状の配管アーム１８０がノズル回転機構１５５を回転中心として略水平面内にて旋回可能に取付けられている。

配管アーム１８０の一端は、ノズル回転機構１５５を貫通してその下面に達しており、他端は、配管アーム１８０がノズル回転機構１５５により旋回されることによって基板Ｗの表面周縁部Ｓ３の上方に位置決め可能である。該他端には、ノズルユニット１２０が取付けられている。スピンベース１１５に対する基板Ｗの受渡しなどの際には、配管アーム１８０が旋回されてノズルユニット１２０が基板Ｗの搬入経路上から退避される。また、エッチング処理やリンス処理などを行う際のノズルユニット１２０の位置（処理位置）が調整されることにより、加熱される表面周縁部Ｓ３の幅や、エッチング幅などが調整される。

図４〜図６に示されるように、ノズルユニット１２０は、水蒸気噴射ノズル１２５を有する水蒸気噴射部（「加熱部」）１２１と、処理液供給ノズル１２６およびリンス液供給ノズル１２７を有する処理液吐出部（「周縁処理部」）１２２とを備えて構成されている。水蒸気噴射ノズル１２５、処理液供給ノズル１２６、およびリンス液供給ノズル１２７には、配管１８１〜１８３がそれぞれ接続されている。配管１８１〜１８３は、それぞれ、ノズルユニット１２０の内部を経て、配管アーム１８０の内部を通され、ノズル回転機構１５５の下面の下方まで配設されている。

配管１８１は、基板処理装置１００の外部の水蒸気供給源１３１（図１）からの配管３８５と連通接続されている。配管３８５のうち基板処理装置１００における配管の途中部には、ヒーター１３９と開閉バルブ１７５とが設けられている。ヒーター１３９は、制御部１５１の制御に応じて配管３８５内を通過する水蒸気を加熱する。水蒸気供給源１３１においては、純水などが加熱されることにより基板Ｗの周縁部を加熱するための水蒸気が生成される。生成された加熱用の水蒸気は、ヒーター１３９によって、例えば、１００℃よりも高温の過熱水蒸気として供給される。

水蒸気供給源１３１からは、例えば、１１０℃の過熱水蒸気がヒーター１３９に供給され、ヒーター１３９により加熱された直後の過熱水蒸気の温度は、好ましくは、例えば、１４０℃〜１６０℃などに設定される。表面周縁部Ｓ３に供給される水蒸気は、ノズルユニット１２０に供給される経路中で冷却され、さらに表面周縁部Ｓ３の加熱時にも表面周縁部Ｓ３に熱を奪われて冷却される。しかしながら、このような高温の過熱水蒸気は、水蒸気噴射ノズル１２５から噴射されて表面周縁部Ｓ３の加熱に供された後においてもなお高温に保たれ得る。そして、表面周縁部Ｓ３における加熱用の水蒸気５１のミスト化が抑制される。従って、水蒸気５１が凝縮したミストによる基板Ｗの非処理領域への付着が抑制される。

また、該高温の過熱水蒸気が用いられれば、例えば、１００℃までの温度の飽和水蒸気が水蒸気噴射部１２１に供給される場合に比べて基板Ｗの表面周縁部Ｓ３をより高温にすることができ、エッチングレートをより上げることができる。なお、図５に示されるように、加熱用の水蒸気５１は、基板Ｗの内側から外側に向かう斜め下向き方向の噴射経路に沿って表面周縁部Ｓ３に噴射される。これによっても、水蒸気５１が凝縮したミストが基板Ｗ側に戻ることによる表面Ｓ１の非処理領域へのミストの付着が抑制される。

開閉バルブ１７５は、制御部１５１により制御されたバルブ制御機構１５２によって開閉制御される。バルブ制御機構１５２が、必要に応じて開閉バルブ１７５を開くことにより、水蒸気噴射部１２１に水蒸気供給源１３１から供給された加熱用の水蒸気５１（図５）が、水蒸気噴射部１２１の水蒸気噴射ノズル１２５から表面周縁部Ｓ３に噴射される。すなわち、水蒸気噴射部１２１は、基板Ｗの周縁部に加熱用の水蒸気５１を噴射して当該周縁部を加熱する。

また、基板処理装置１００には、貯留されたエッチング液（処理液）を供給する処理液供給源１３２と、貯留されたリンス液を供給するリンス液供給源１３３も設けられている。エッチング液としては、基板Ｗの周縁部から除去しようとする薄膜の種類に応じた種類のものが適用される。たとえば、基板Ｗの周縁部から銅薄膜等の金属膜を除去するときには、ＳＣ２（hydrochloric acid/hydrogen peroxide mixture：塩酸過酸化水素水）、フッ酸と過酸化水素水との混合液、または硝酸がエッチング液として用いられる。また、ポリシリコン膜、アモルファスシリコン膜またはシリコン酸化膜を基板Ｗから除去するときには、たとえば、フッ酸硝酸混合液がエッチング液として用いられる。さらに、基板Ｗ上の酸化膜または窒化膜を除去するときには、たとえば、ＤＨＦ（希フッ酸）や５０％フッ酸などのフッ酸類がエッチング液として用いられる。エッチング液は、例えば、所望のエッチングレートに適した温度などに予め温度調整されている。

リンス液供給源１３３が供給するリンス液としては、純水やＤＩＷ（脱イオン水：deionized water）などが採用される。リンス液の温度は、例えば、常温であってもよいし、リンス処理の効率を高めるために、より高温であってもよい。

処理液吐出部１２２の処理液供給ノズル１２６と接続された配管１８２は、処理液供給源１３２から配設された配管３８３と連通接続されており、配管３８３の途中部には開閉バルブ１７３が設けられている。処理液吐出部１２２のリンス液供給ノズル１２７と接続された配管１８３は、リンス液供給源１３３から配設された配管３８４と連通接続されている。配管３８４の途中部には、開閉バルブ１７４が設けられている。

開閉バルブ１７３、１７４は、制御部１５１により制御されたバルブ制御機構１５２によって開閉制御されており、バルブ制御機構１５２が、必要に応じて開閉バルブ１７３と開閉バルブ１７４とを選択的に開く。開閉バルブ１７３が開かれれば、処理液供給源１３２から供給された処理液５２（図５）が、処理液吐出部１２２の処理液供給ノズル１２６から吐出されて表面周縁部Ｓ３に供給される。すなわち、処理液吐出部１２２は、水蒸気噴射部１２１によって加熱された基板Ｗの周縁部に上方から処理液５２を供給して周縁部の化学処理（エッチング処理）を行う。

また、開閉バルブ１７４が開かれればリンス液供給源１３３から供給されたリンス液５３（図６）が、処理液吐出部１２２のリンス液供給ノズル１２７から吐出されて表面周縁部Ｓ３に供給される。これにより、基板Ｗの周縁部のリンス処理が行われる。

上述したように、基板処理装置１００では、加熱用の水蒸気５１が噴射されて加熱された基板Ｗの周縁部（表面周縁部Ｓ３）に処理液５２が供給されて周縁部の化学処理（エッチング処理）が行われる。従って、回転による基板Ｗの周縁部の温度低下が抑制されるので、処理液５２の化学活性度の変化（低下の度合い）も小さくなり、化学処理に要する処理液５２の消費量と処理時間とが抑制される。

なお、図４に示されるように、基板Ｗの表面周縁部Ｓ３の回転軌跡の所定の位置（第１位置）において水蒸気噴射部１２１からの水蒸気５１が表面周縁部Ｓ３に噴射される。そして、当該回転軌跡に沿って当該所定の位置の後方に位置する他の所定の位置（第２位置）において処理液吐出部１２２からの処理液５２が表面周縁部Ｓ３に供給される。従って、水蒸気噴射部１２１によって加熱された表面周縁部Ｓ３の部位には、加熱された直後に、処理液吐出部１２２から処理液５２が供給される。そして、当該部位のエッチング処理が行われる。このように、水蒸気噴射部１２１によって加熱された表面周縁部Ｓ３の温度降下が抑制されつつ表面周縁部Ｓ３のエッチング処理が行われるので、エッチングレートが向上する。

図１に戻って、スピンベース１１５の中央部には、回転支軸１１３の貫通孔に接続された貫通孔が形成されている。これらの貫通孔には、円筒部１４３が挿通されている。円筒部１４３の上端には、略円盤状の下ノズル１４１（「下面処理部」とも称する）が固定されている。下ノズル１４１には、上面（対向面）１４５の中央部に開口を有し、下ノズル１４１を貫通する処理液吐出口１４８が形成されている。処理液吐出口１４８は、円筒部１４３の内壁がなす貫通孔である供給管１４７に連通接続されている。下ノズル１４１は、供給管１４７を通って供給される処理液を処理液吐出口１４８から基板Ｗの裏面Ｓ２に供給して裏面Ｓ２のエッチング処理（化学処理）を行う。

回転するスピンベース１１５に立設されたチャックピン１１７と下ノズル１４１とが干渉しないように、下ノズル１４１の径は、チャックピン１１７の回転軌跡の径よりも小さく設定されている。下ノズル１４１の上面１４５は、チャック回転機構１５４によって回転される基板Ｗの裏面Ｓ２の略全域に対向する対向面である。また、下ノズル１４１の上面１４５は、基板Ｗの周縁部に対向する部分よりも供給管１４７の開口部分の方が基板Ｗの裏面Ｓ２との間隔が広くなる漏斗状の形状を有している。

下ノズル１４１の処理液吐出口１４８に接続された供給管１４７には、配管３８６を介して処理液供給源１３２から処理液が供給されるとともに、配管３８８を介してリンス液供給源１３３からリンス液が供給される。配管３８６、３８８のそれぞれの途中部には、開閉バルブ１７６、１７８がそれぞれ設けられている。開閉バルブ１７６、１７８は、バルブ制御機構１５２によって開閉制御される。バルブ制御機構１５２が、開閉バルブ１７６と開閉バルブ１７８とを選択的に開くことにより、処理液とリンス液とが供給管１４７に選択的に供給されて、下ノズル１４１の上面１４５における処理液吐出口１４８から基板Ｗの裏面Ｓ２に向けて選択的に吐出される。

図７〜図９は、下ノズル１４１による基板Ｗの裏面Ｓ２の処理を説明するためのスピンチャック１１１および下ノズル１４１などの断面図である。なお、これらの断面図は、スピンベース１１５にチャックピン１１７が立設されていない箇所における断面図である。図７は、基板Ｗの裏面Ｓ２と下ノズル１４１の上面１４５との間の空間１４９（図１）が処理液５２によって液密状態になっている状態を示し、図８は、空間１４９がリンス液５３によって液密状態になっている状態を示している。また、図９は、空間１４９に処理液５２とリンス液５３との何れも存在していない状態を示している。

下ノズル１４１の上面１４５がチャック回転機構１５４によって回転される基板Ｗの裏面Ｓ２の略全域に対向しているために、図７に示されるように、供給管１４７から裏面Ｓ２に吐出された処理液５２は、基板Ｗの裏面Ｓ２と上面１４５との間の空間（「間隙部」）１４９（図１参照）を液密状態にする。これにより、基板Ｗを低速で回転させたとしても基板Ｗの裏面Ｓ２の全域に処理液５２が供給される。そして、基板Ｗの周縁部の温度低下が抑制される。従って、基板Ｗの表面周縁部Ｓ３と裏面Ｓ２とのそれぞれのエッチング処理が並行して行われる場合においても、基板Ｗの周縁部の加熱に要するエネルギーを抑制しつつ、少量の処理液５２（図５、図７）によって基板Ｗの表面周縁部Ｓ３と裏面Ｓ２とのエッチング処理（化学処理）を行うことが出来る。また、基板Ｗの回転速度を抑制することができるので、基板Ｗの裏面Ｓ２から表面周縁部Ｓ３への処理液の回り込みを抑制することができる。これにより、表面周縁部Ｓ３の化学処理幅（エッチング幅）の制御が容易となる。

また、図８に示されるように、供給管１４７からリンス液が吐出される場合も、処理液が吐出される場合と同様に、リンス液によって空間１４９が液密状態にされて裏面Ｓ２のリンス処理が行われ得る。

図１に示されるように、基板処理装置１００は、回転支軸１１３の下方に吸引ポンプを備えた吸引機構１５８をも備えている。吸引機構１５８の動作は、制御部１５１により制御される。円筒部１４３の供給管１４７と吸引機構１５８とは配管３８９によって接続されており、配管３８９の途中部には、バルブ制御機構１５２によって開閉動作を制御される開閉バルブ１７９が設けられている。開閉バルブ１７９が開かれることによって、図９に示されるように、裏面Ｓ２と上面１４５との間の空間１４９に存在する処理液やリンス液が吸引機構１５８に吸引されて回収される。

また、図１に示されるように、供給管１４７には、基板処理装置１００の外部の窒素ガス供給源１３４から配管３８７を介して窒素ガスが供給される。配管３８７の途中部にはバルブ制御機構１５２により開閉制御される開閉バルブ１７７が設けられている。制御部１５１がバルブ制御機構１５２を介して開閉バルブ１７７を開くことにより、窒素ガスが、吸引機構１５８によりリンス液が回収された状態で回転している基板Ｗの裏面Ｓ２に供給される。

裏面Ｓ２に付着しているリンス液には、基板の回転により大きな遠心力が作用して、リンス液は基板Ｗの周囲に振り切られ、裏面Ｓ２の乾燥処理が行われる。また、裏面Ｓ２に供給される窒素ガスによっても裏面Ｓ２の乾燥が促進されるとともに、基板Ｗの周囲に振り切られたリンス液の基板Ｗ側への戻りも抑制される。下ノズル１４１の上面１４５が上述した漏斗状の形状を有していることから、基板Ｗの裏面Ｓ２に供給された処理液やリンス液の回収が容易となり、裏面Ｓ２におけるリンス液の乾燥が促進される。

また、基板Ｗの略中央部の上方には、ガス噴射ヘッド（「気体噴射部」）２００が設けられている。ガス噴射ヘッド２００には、その中央部を上下方向に貫通するガス供給路２８２が形成され、ガス噴射ヘッド２００の内部にはバッファ空間ＢＦが形成されている。ガス供給路２８２の側方には、ガス噴射ヘッド２００の上面側に開口を有してバッファ空間ＢＦに連通されたガス供給路２８３が形成されている。さらに、ガス噴射ヘッド２００の下面の外周部には、バッファ空間ＢＦに連通されたガス噴射口が設けられている。ガス供給路２８２および２８３のそれぞれの上部の開口は、開閉バルブ１７１および１７２がそれぞれ介挿された配管３８１および３８２によって、窒素ガス供給源１３４に接続されている。

開閉バルブ１７１および１７２は、制御部１５１により制御されたバルブ制御機構１５２によって開閉制御されており、必要に応じてバルブを開くことにより、ガス噴射ヘッド２００のガス供給路２８２および２８３に窒素ガス供給源１３４から窒素ガスがそれぞれ供給される。ガス供給路２８２に供給された窒素ガスは、ガス噴射ヘッド２００の下面側に設けられたガス供給路２８２の開口から窒素ガスＧ１（パージ用ガス）として基板Ｗの表面Ｓ１に噴出される。

より詳細には、窒素ガスＧ１は、基板Ｗの表面Ｓ１のうち表面周縁部Ｓ３の回転軌跡で囲まれた範囲内に規定された所定の噴射目標領域に向けて基板Ｗの上方のガス供給路２８２から噴射される。そして、表面Ｓ１に噴射された窒素ガスＧ１は、噴射目標領域から基板Ｗの表面周縁部Ｓ３に向かって流れる気体流となる。窒素ガスＧ１による当該気体流によって、水蒸気噴射部１２１から表面周縁部Ｓ３に噴射された水蒸気５１が凝縮したミストや、処理液吐出部１２２の処理液供給ノズル１２６から吐出された処理液５２などが基板Ｗの表面Ｓ１のうちエッチング処理が行われない非処理領域に付着することが抑制される。従って、ミストの付着による非処理領域の劣化を抑制しつつ、基板Ｗの周縁部の加熱に十分な量の水蒸気を供給することができる。

また、リンス処理が終了した後の基板Ｗの表面Ｓ１の乾燥処理においても、ガス供給路２８２から供給される窒素ガスＧ１によって、基板Ｗの乾燥が促進されるとともに、基板Ｗの回転により作用する遠心力によって表面周縁部Ｓ３から基板外に振り切られたリンス液が基板Ｗに戻って表面Ｓ１の非処理領域に付着することも抑制される。

なお、ガス供給路２８３に供給された窒素ガスは、バッファ空間ＢＦを経て、ガス噴射ヘッド２００の下面の外周部に形成されたガス噴射口から窒素ガスＧ２（カーテン用ガス）として表面Ｓ１に噴出される。これにより、基板Ｗの表面Ｓ１に噴出された窒素ガスＧ１は、基板Ｗの表面Ｓ１に沿って表面周縁部Ｓ３に向かって供給されるので、ミスト等の付着による非処理領域の劣化を効率的に抑制できる。

ガス噴射ヘッド２００は図示を省略するアームによってスピンベース１１５の上方に保持される一方、該アームは制御部１５１により制御されるヘッド昇降機構１５３に接続されて昇降可能に構成されている。かかる構成により、基板Ｗのエッチング処理等が行われる際には、スピンチャック１１１に保持された基板Ｗの表面Ｓ１に対してガス噴射ヘッド２００が所定の間隔（例えば２〜１０ｍｍ程度）で対向位置決めされる。また、基板Ｗがスピンチャック１１１に受け渡されたり、スピンチャック１１１から受け取られる際には、ガス噴射ヘッド２００はスピンチャック１１１の上方に退避される。

＜２．基板処理装置の動作＞
図１０は、実施形態に係る基板処理装置１００による基板処理の流れの一例を示すフローチャートである。処理の開始前には、各開閉バルブは、いずれも閉じられており、スピンチャック１１１は静止している。また、ガス噴射ヘッド２００は、所定の離間位置に退避されており、ノズルユニット１２０は、基板Ｗの搬入経路上以外の待機位置に位置決めされている。まず、図示省略の基板搬送ロボットにより１枚の基板Ｗが、スピンチャック１１１が設置された図示省略の処理室（チャンバー）内に搬入されてスピンチャック１１１に載置され、チャックピン１１７により保持される（ステップＳ１１０）。

続いて、ガス噴射ヘッド２００が、ヘッド昇降機構１５３によって基板Ｗの表面Ｓ１から所定の間隔（例えば２〜１０ｍｍ程度）上方の処理位置に降下される。そして、開閉バルブ１７１、１７２が開かれて、ガス噴射ヘッド２００は、窒素ガス供給源１３４から供給された窒素ガスを窒素ガスＧ１（パージ用ガス）、窒素ガスＧ２（カーテン用ガス）として基板Ｗの表面Ｓ１に噴射する（ステップＳ１２０）。

続いて、ノズルユニット１２０が基板Ｗの表面周縁部Ｓ３の上方に位置決めされて、制御部１５１がチャック回転機構１５４を制御することにより、例えば、５０ｒｐｍ〜１０００ｒｐｍの所定の回転速度でスピンチャック１１１の回転が開始される（ステップＳ１３０）。その後、開閉バルブ１７５が開かれることにより、水蒸気供給源１３１で生成されてヒーター１３９により加熱された加熱用の水蒸気が、ノズルユニット１２０に供給される。ノズルユニット１２０は、水蒸気噴射ノズル１２５から表面周縁部Ｓ３に向けて加熱用の水蒸気の噴射を開始することにより（ステップＳ１４０）、表面周縁部Ｓ３の加熱を開始する。

続いて、基板Ｗの表面周縁部Ｓ３と裏面Ｓ２とのエッチング処理が行われる（ステップＳ１５０）。具体的には、開閉バルブ１７３が開かれて処理液供給源１３２からノズルユニット１２０に処理液が供給されて処理液供給ノズル１２６から加熱された表面周縁部Ｓ３に吐出される。そして、吐出された処理液によって基板Ｗの表面周縁部Ｓ３のエッチング処理が行われる。

また、表面周縁部Ｓ３のエッチング処理と並行して、開閉バルブ１７６が開かれることにより処理液供給源１３２からの処理液が、円筒部１４３の供給管１４７を経て下ノズル１４１の処理液吐出口から基板Ｗの裏面Ｓ２に向けて吐出される。これにより、図７に示されるように、基板Ｗの裏面Ｓ２と下ノズル１４１との間の空間１４９が処理液５２により液密状態にされて裏面Ｓ２のエッチング処理が行われる。

所定の時間が経過して表面周縁部Ｓ３と裏面Ｓ２とのエッチング処理が完了すると、開閉バルブ１７５、開閉バルブ１７６が閉じられて基板Ｗへの処理液の供給が停止される。そして、開閉バルブ１７５が閉じられて、加熱用の水蒸気の噴射が停止される（ステップＳ１６０）。続いて、開閉バルブ１７９が開かれて吸引機構１５８が駆動され、基板Ｗの裏面Ｓ２と下ノズル１４１の上面１４５との間の空間１４９に溜まった処理液が吸引されて回収される。処理液の回収が完了すると、開閉バルブ１７９が閉じられて吸引機構１５８が停止される。

続いて、基板Ｗの表面周縁部Ｓ３と裏面Ｓ２とのリンス処理が行われる（ステップＳ１７０）。具体的には、開閉バルブ１７４、１７８が開かれてリンス液供給源１３３からリンス液の供給が開始される。そして、ノズルユニット１２０のリンス液供給ノズル１２７から表面周縁部Ｓ３にリンス液が吐出されて表面周縁部Ｓ３のリンス処理が行われるとともに、下ノズル１４１の処理液吐出口から裏面Ｓ２にリンス液が供給される。

基板Ｗと下ノズル１４１との間の空間１４９は、下ノズル１４１から供給されたリンス液５３によって、図８に示されるように、液密状態にされて基板Ｗの裏面Ｓ２のリンス処理が行われる。所定時間が経過して表面周縁部Ｓ３と裏面Ｓ２とのリンス処理が完了すると、開閉バルブ１７４、１７８が閉じられてリンス液の供給が停止される。そして、開閉バルブ１７９が開かれて吸引機構１５８が駆動され基板Ｗと下ノズル１４１との間の空間１４９に溜まったリンス液が吸引されて回収される。リンス液の回収が完了すると、開閉バルブ１７９が閉じられて吸引機構１５８が停止される。

続いて、表面周縁部Ｓ３と裏面Ｓ２とに残留しているリンス液に作用する遠心力が大きくなるように、スピンチャック１１１の回転速度が、例えば、１０００〜１５００ｒｐｍの高回転速度に上げられる。これにより、残留しているリンス液が基板Ｗの外に振り切られて基板Ｗの表面Ｓ１と裏面Ｓ２との乾燥処理（スピン乾燥）が行われる（ステップＳ１８０）。なお、スピン乾燥の際には、開閉バルブ１７７が開かれて、窒素ガス供給源１３４から供給された窒素ガスが、下ノズル１４１の処理液吐出口から基板Ｗの裏面Ｓ２に噴射される一方、ガス噴射ヘッド２００から表面周縁部Ｓ３への窒素ガスＧ１、Ｇ２の供給は継続される。これにより、表面周縁部Ｓ３および裏面Ｓ２に付着しているリンス液の乾燥が促進されるとともに、振り切られたリンス液が基板Ｗ側に戻って表面Ｓ１の非処理領域に付着することが抑制される。

乾燥処理の開始から所定の時間が経過すると、スピンチャック１１１の回転が停止されて乾燥処理が終了される（ステップＳ１９０）。続いて、開閉バルブ１７１、１７２が閉じられてガス噴射ヘッド２００からの窒素ガスＧ１（パージ用ガス）と窒素ガスＧ２（カーテン用ガス）との噴射が停止される（ステップＳ２００）。

ガス噴射ヘッド２００からのガスの噴射が停止されると、制御部１５１はヘッド昇降機構１５３を制御して、ガス噴射ヘッド２００を所定の離間位置まで上昇させるとともに、ノズル回転機構１５５を制御してノズルユニット１２０を待機位置に移動させる。その後、図示省略の搬送ロボットによって処理済みの基板Ｗがスピンチャック１１１から取り外されて処理室外へ搬出され（ステップＳ２１０）、基板処理装置１００による基板処理が終了する。

以上のように構成された本実施形態に係る基板処理装置によれば、加熱用の水蒸気が噴射されて加熱された基板Ｗの表面周縁部Ｓ３に処理液が供給されて表面周縁部Ｓ３の化学処理（エッチング処理）が行われる。従って、回転による基板Ｗの周縁部の温度低下が抑制されるので、処理液の化学活性度の変化（低下の度合い）も小さくなり、処理液の消費量と処理時間とが抑制される。また、当該基板処理装置は、基板Ｗの表面Ｓ１のうち基板の表面周縁部Ｓ３の回転軌跡で囲まれた範囲内に規定された所定の噴射目標領域に向けて基板Ｗの上方から気体（窒素ガスＧ１）を噴射させて、当該噴射目標領域から基板Ｗの表面周縁部Ｓ３に向かって流れる気体流を基板Ｗ上に生成させる。これにより、水蒸気が凝縮したミストやミスト状の処理液による基板Ｗの表面Ｓ１における非処理領域への付着が抑制される。従って、ミストの付着による非処理領域の劣化を抑制しつつ、基板Ｗの周縁部の加熱に十分な量の水蒸気を供給することができる。

また、以上のように構成された本実施形態に係る基板処理装置によれば、回転される基板Ｗの裏面Ｓ２の略全域に対向する上面１４５（対向面）を備えた下ノズル１４１の処理液吐出口から処理液が吐出されて、当該処理液によって基板Ｗの裏面Ｓ２と対向面との間の空間１４９が液密状態にされる。このため、基板Ｗを低速で回転させたとしても基板Ｗの裏面Ｓ２の全域に処理液を供給できる。これにより、基板Ｗの周縁部の温度低下を抑制して周縁部の加熱に要するエネルギーを抑制しつつ、基板Ｗの表面周縁部Ｓ３と裏面Ｓ２との化学処理（エッチング処理）を行うことが出来る。また、基板Ｗの回転速度の抑制により基板Ｗの裏面Ｓ２から表面Ｓ１における表面周縁部Ｓ３への処理液の回り込みを抑制することができ、表面周縁部Ｓ３の処理幅の制御が容易となる。

また、以上のように構成された本実施形態に係る基板処理装置によれば、下ノズル１４１の上面１４５（対向面）は、基板Ｗの周縁部に対向する部分よりも下ノズル１４１の処理液吐出口１４８部分の方が基板Ｗの裏面Ｓ２との間隔が広くなる漏斗状の形状を有している。従って、基板Ｗの裏面Ｓ２に供給された処理液やリンス液の回収が容易になるので、裏面Ｓ２の乾燥処理時に、裏面Ｓ２に付着して残留しているリンス液の乾燥が促進される。

また、以上のように構成された本実施形態に係る基板処理装置によれば、水蒸気噴射部１２１と処理液吐出部１２２とは、基板Ｗの表面周縁部Ｓ３の回転軌跡の第１位置において水蒸気噴射部１２１から表面周縁部Ｓ３に加熱用の水蒸気が噴射され、当該回転軌跡に沿って第１位置の後方に位置する第２位置において処理液吐出部１２２からの表面周縁部Ｓ３に処理液が供給される位置関係で設けられている。従って、水蒸気噴射部１２１によって加熱された表面周縁部Ｓ３の部位には、加熱された直後に、処理液吐出部１２２から処理液５２が供給される。そして、当該部位のエッチング処理が行われる。水蒸気噴射部１２１によって加熱された表面周縁部Ｓ３の各部位について、温度降下が抑制されつつエッチング処理が行われるので、エッチングレートが向上する。

本発明は詳細に示され記述されたが、上記の記述は全ての態様において例示であって限定的ではない。したがって、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。例えば、窒素ガス供給源１３４や水蒸気供給源１３１が基板処理装置１００内に設けられても良い。窒素ガス供給源１３４による窒素ガスの供給に代えて、乾燥空気などの乾燥気体や窒素ガス以外の不活性ガスが供給される構成が採用されてもよい。また、加熱機構を備えて不活性ガスを加熱することにより、さらに温度低下を防止し、リンス液の乾燥を促進してもよい。また、ノズルユニット１２０における各ノズル等は、基板Ｗに対して一体的に移動されるが、それぞれ個別に移動可能に構成されても良い。また、基板Ｗの表面周縁部Ｓ３のエッチング処理と、裏面Ｓ２のエッチング処理とは、順次に行われてもよい。また、基板処理装置１００がノズルユニット１２０と下ノズル１４１とのうちノズルユニット１２０のみを備え、表面周縁部Ｓ３のエッチング処理と裏面Ｓ２のエッチング処理とのうち表面周縁部Ｓ３のエッチング処理のみを行うとしても本発明の有用性を損なうものではない。また、ガス噴射ヘッド２００に代えて、遮断板が採用されて遮断板から窒素ガスが基板Ｗの表面Ｓ１に供給されてもよい。また、図１０を参照して上述した基板処理装置１００による基板処理の流れの説明においては、ノズルユニット１２０が基板Ｗの表面周縁部Ｓ３の上方に位置決めされて、スピンチャック１１１が回転を開始した後、ノズルユニット１２０が加熱用の水蒸気の噴射を開始しているが、例えば、スピンチャック１１１が回転を開始した後に、ノズルユニット１２０が加熱用の水蒸気の噴射を開始し、その後、ノズルユニット１２０が基板Ｗの表面周縁部Ｓ３の上方に位置決めされてもよい。

１００ 基板処理装置
１１１ スピンチャック（基板保持部）
１２０ ノズルユニット
１２１ 水蒸気噴射部（加熱部）
１２２ 処理液吐出部（周縁処理部）
１２５ 水蒸気噴射ノズル
１２６ 処理液供給ノズル
１２７ リンス液供給ノズル
１４１ 下ノズル（下面処理部）
１４５ 上面（対向面）
１５４ チャック回転機構（回転部）
１５５ ノズル回転機構
２００ ガス噴射ヘッド（気体噴射部）
５１ 水蒸気
５２ 処理液
５３ リンス液
Ｇ１、Ｇ２ 窒素ガス
Ｓ１ 表面（上面）
Ｓ２ 裏面（下面）
Ｓ３ 表面周縁部
Ｗ 基板

Claims (5)

1. 温度によって化学活性度が変化する処理液を用いて基板の化学処理を行う基板処理装置であって、
   基板を略水平姿勢にて保持する基板保持部と、
   前記基板保持手段に保持された前記基板を略水平面内にて回転させる回転部と、
   前記基板の周縁部に加熱用の水蒸気を噴射して当該周縁部を加熱する加熱部と、
   前記加熱部によって加熱された前記周縁部に上方から処理液を供給して前記周縁部の化学処理を行う周縁処理部と、
   前記基板の上面のうち前記基板の前記周縁部の回転軌跡で囲まれた範囲内に規定された所定の噴射目標領域に向けて前記基板の上方から気体を噴射することにより、前記噴射目標領域から前記基板の前記周縁部に向かって流れる気体流を基板上に生成させる気体噴射部と、
   を備えた基板処理装置。
2. 請求項１に記載の基板処理装置であって、
   前記基板の下面に処理液を供給して当該下面の化学処理を行う下面処理部、
   をさらに備え、
   前記下面処理部は、
   前記回転部によって回転される前記基板の下面の略全域に対向する対向面と、前記対向面に形成された処理液吐出口とを備え、前記処理液吐出口から処理液を吐出して、当該処理液によって前記基板の下面と前記対向面との間の空間を液密状態にする基板処理装置。
3. 請求項２に記載の基板処理装置であって、
   前記対向面は、
   前記周縁部に対向する部分よりも前記処理液吐出口部分の方が前記基板の下面との間隔が広くなる漏斗状の形状を有する基板処理装置。
4. 請求項１から請求項３の何れか１つの請求項に記載の基板処理装置であって、
   前記加熱部と前記周縁処理部とは、
   前記基板の前記周縁部の回転軌跡の第１位置において前記加熱部からの前記水蒸気が前記周縁部に噴射され、前記回転軌跡に沿って前記第１位置の後方に位置する第２位置において前記周縁処理部からの前記処理液が前記周縁部に供給される位置関係で設けられている基板処理装置。
5. 温度によって化学活性度が変化する処理液を用いて基板の化学処理を行う基板処理方法であって、
   基板を略水平姿勢に保持して略水平面内にて回転させる回転ステップと、
   前記回転ステップと並行して、前記基板の周縁部に加熱用の水蒸気を噴射して当該周縁部を加熱する加熱ステップと、
   前記加熱ステップにおいて加熱された前記周縁部に上方から処理液を供給して前記周縁部の化学処理を行う周縁処理ステップと、
   前記加熱ステップと前記周縁処理ステップとに並行して、前記基板の上面のうち前記基板の前記周縁部の回転軌跡で囲まれた範囲内に規定された所定の噴射目標領域に向けて前記基板の上方から気体を噴射することにより、前記噴射目標領域から前記基板の前記周縁部に向かって流れる気体流を基板上に生成させる気体噴射ステップと、
   を備えた基板処理方法。

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